Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Transkript

1 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Schriftliche Prüfung zu den Lehrveranstaltungen Grundlagen der systemnahen Programmierung in C (SPiC) / Informatik II im Studiengang Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik erreichbare Punkte Aufgabe 1 12 Aufgabe 2 30 L I erhaltene Punkte Aufgabe a 3b 3c 3d Summe 60 Note (Name) (Vorname) (Matrikel-Nr.) (Studiengang) (Semester) Durch meine Unterschrift bestätige ich - den Empfang der vollständigen Klausurunterlagen (10 Seiten inkl. Deckblatt), - die Kenntnisnahme der Hinweise auf Seite 2. Erlangen, (Unterschrift) - 1 von 10 -

2 Hinweise Die folgenden Informationen bitte aufmerksam lesen und die Erklärung auf Seite 1 unterschreiben. Die Bearbeitungszeit beträgt 60 Minuten. Es sind keine eigenen Hilfsmittel zugelassen. Die Lösung einer Aufgabe soll auf das Aufgabenblatt in den dafür vorgesehenen Raum geschrieben werden. Beachten Sie bitte, dass der freigelassene Platz großzügig bemessen ist und nicht unbedingt der erwarteten Antwortlänge entspricht. Sollte der Platz nicht ausreichen, können Sie die Rückseiten der Aufgabenblätter mitverwenden. Kennzeichnen Sie dabei die Zugehörigkeit Ihrer Lösung zu einer Aufgabe. Bei Bedarf können zusätzliche Lösungsblätter (weiß) ausgeteilt werden. Vermerken Sie vor deren Verwendung unbedingt Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer darauf! Die Lösungen müssen dokumentenecht in blau oder schwarz geschrieben werden. Als falsch Erkanntes muss deutlich durchgestrichen werden. Tintenkiller darf nicht verwendet werden. Keinen Bleistift verwenden! Schmierpapier (farbige Blätter) darf nicht abgegeben werden. Bei Bedarf ist von der Aufsicht weiteres Schmierpapier erhältlich. Fragen zu den Prüfungsaufgaben können grundsätzlich nicht beantwortet werden. Tragen Sie Ihren Namen und Vornamen, Ihre Matrikelnummer, Studiengang und Fachsemesterzahl auf dem Deckblatt der Klausur ein. Bitte legen Sie Ihren Studenten- und einen Lichtbildausweis zur Kontrolle bereit. Sie dürfen den Raum nicht verlassen bevor Ihre Personalien überprüft wurden und Sie die Klausurunterlagen der Aufsicht zurückgegeben haben. In den letzten 15 Minuten der Bearbeitungszeit können Sie den Raum nicht mehr verlassen. Bleiben Sie an Ihrem Platz sitzen, bis am Ende alle Klausurunterlagen eingesammelt und nachgezählt sind und die Aufsicht das Zeichen zum Gehen gibt. Die Klausurergebnisse werden in ca. zwei Wochen im WWW unter der Seite der Vorlesung im SS 2008, Unterpunkt "Ergebnisse" veröffentlicht. - 2 von 10 -

3 Aufgabe 1: (1) Bei den Multiple-Choice-Fragen ist jeweils nur eine richtige Antwort eindeutig anzukreuzen. Auf die richtige Antwort gibt es die angegebene Punktzahl. Wollen Sie eine Multiple-Choice-Antwort korrigieren, kreisen Sie bitte die falsche Antwort ein und kreuzen die richtige an. Lesen Sie die Frage genau, bevor Sie antworten. a) Welche Aussage zu Zeigern ist richtig? Die Übergabesemantik für Zeiger als Funktionsparameter ist callby-value. Die Übergabesemantik für Zeiger als Funktionsparameter ist call-by-reference. Ein Zeiger kann zur Manipulation von schreibgeschützten Datenbereichen verwendet werden. Zeiger vom Typ void* sind am besten für Zeigerarithmetik geeignet, da Sie kompatibel zu jedem Zeigertyp sind. b) Welche der folgenden Aussagen über den C-Präprozessor ist richtig? Der Präprozessor ist eine Softwarekomponente, welche Java-Klassen durch C-Funktionen ersetzt, die dann von einem C-Compiler übersetzt werden. Der Präprozessor optimiert Makros durch Zeigerarithmetik. Nach dem Übersetzen und dem Binden müssen C-Programme durch den Präprozessor nachbearbeitet werden, um Makros aufzulösen. Die Syntax von Präprozessoranweisungen ist unabhängig vom Rest der Sprache C. c) In Betriebssystemen wie Linux oder Windows unterscheidet man die Begriffe Programm und Prozess. Welche Aussage ist richtig? Programme sind Anwendungen der Benutzer, während Prozesse Aktivitäten des Betriebssystems sind. Programme sind C-Quellcode-Dateien, die durch einen C-Compiler in einen lauffähigen Prozess übersetzt werden können. Ein Prozess hat einen eigenen virtuellen Adressraum. Daten des Prozesses sind vor direktem Zugriff durch andere Prozesse geschützt. Ein Programm ist ein Prozess in Ausführung. - 3 von 10 -

4 d) Welche der folgenden Aussagen bzgl. der Interruptsteuerung trifft zu? Pegel-gesteuerte Interrupts werden beim Wechsel des Pegels ausgelöst, daher der Name. Interrupts sind eine Besonderheit von AVR-Mikroprozessoren. Auf anderen Architekturen kommen POSIX-Signale zum Einsatz. Pegelgesteuerte Interrupts müssen durch Polling des Pegels abgefragt werden. Wurde gerade ein Flanken-gesteuerter Interrupt ausgelöst, so muss erst ein Pegelwechsel der Interruptleitung stattfinden, damit erneut ein Interrupt ausgelöst werden kann. e) Gegeben ist folgendes Makro: #define ADD(a,b) a+b #define MUL(a,b) a*b Was ist das Ergebnis von folgendem Ausdruck: 4 * MUL( ADD(1,2), 3) f) Welche Aussage zu folgender Funktion ist richtig? int *foo() { static int bar = 0; bar++; return &bar; } Die Funktion liefert einen Zeiger auf die lokale Variable bar zurück. Dies ist in C nicht zulässig und führt zu einem Übersetzungsfehler. Beim Verlassen der Funktion foo() wird die automatic-variable bar vom Stack entfernt und der Zeiger verliert seine Gültigkeit. Ein Zugriff durch den Aufrufer führt zu zufälligen Ergebnissen. Die Variable bar ist über die Laufzeit der foo()-funktion hinaus gültig. Daher kann der zurückgelieferte Zeiger sicher vom Aufrufer verwendet werden. Die Variable bar enthält beim Verlassen der foo()-funktion immer den Wert 1, da bar bei jedem Aufruf von foo() mit 0 initialisiert wird. - 4 von 10 -

5 Aufgabe 2: (30 Punkte) Schreiben Sie ein Lauflicht-Programm für einen AVR-Mikrokontroller mit 8 LEDs an Port A. Es soll immer genau eine LED aktiv sein, im Ausgangszustand die LED an Pin 0. Nach Erreichen der LED an Pin 7 erhöht das Programm die Geschwindigkeit des Lauflichts und beginnt wieder mit der LED an Pin 0. Nach Erreichen einer Maximalgeschwindigkeit stoppt das Programm nach Einschalten der LED an Pin 7. Mit einem Taster kann die Geschwindigkeit während des Programmablaufs reduziert werden. Die Geschwindigkeitsänderung wird jeweils zu Beginn des nächsten Durchlaufs aktiv. Im Detail soll sich das Programm wie folgt verhalten: Die Initialisierung der Hardware soll in einer eigenen Funktion void init() erfolgen, die zu Beginn des Programms aufgerufen wird. Es können hierbei keine Annahmen über den initialen Zustand der Hardware gemacht werden. Anschließend erfolgt ein kompletter Lauflichtdurchlauf mit der aktuellen Geschwindigkeit. Zum Warten zwischen dem Umschalten zweier LEDs wird die Funktion void wait(unsigned int interval) aufgerufen. In dieser Funktion wird aktiv in einer Warteschleife mit interval Durchläufen gewartet. Die Zahl der Schleifendurchläufe der wait-funktion soll sich im Bereich [1000; 10000] bewegen und sich in 1000er Schritten nach einem Lauflichtdurchlauf bzw. einem Tastendruck verändern. In der Ausgangsgeschwindigkeit ist die Zahl der Schleifendurchläufe Nach einem Lauflichtdurchlauf wird der Mikrokontroller in den Standard- Stromsparmodus versetzt falls die Durchlaufgeschwindigkeit das Maximum erreicht hat. Durch einen Tastendruck soll der Mikrokontroller aus dem Stromsparmodus geweckt werden können und mit der Ausgangsgeschwindigkeit beginnen. Information über die Hardware LEDs: PORTA, Pins 0-7, Start bei LED an Pin 0 - Pin als Ausgang konfigurieren: entspr. Bit in DDRA-Reg. auf 1 Taster: PORTD, Pin 2 - Pin als Eingang konfigurieren: entspr. Bit in DDRD-Reg. auf 0 - externe Interruptquelle INT0, ISR-Vektor-Makro: INT0_vect - Aktivierung der Interruptquelle erfolgt durch Setzen des INT0-Bits im Register GICR. - Taster verbindet den Pin mit Masse, es muss der interne Pullup-Widerstand verwendet werden (entspr. Bit in PORTD-Reg. auf 1 setzen). - Konfiguration der externen Interruptquelle 0 (Bits in Register MCUCR) ISC01 ISC00 Beschreibung 0 0 Interrupt bei low Pegel 0 1 Interrupt bei beliebiger Flanke 1 0 Interrupt bei fallender Flanke 1 1 Interrupt bei steigender Flanke - 5 von 10 -

6 Ergänzen Sie das folgende Codegerüst so, dass ein vollständig übersetzbares Programm entsteht. #include <avr/io.h> #include <avr/interrupt.h> #include <avr/sleep.h> /* Funktiondeklarationen, globale Variablen, etc. */ /* Unterbrechungsbehandlungsfunktion */ /* Funktion main */ /* Initialisierung */ - 6 von 10 -

7 /* Hauptschleife */ /* ein Lauflicht-Durchlauf */ /* Vorbereitung des naechsten Durchlaufs bzw. Schlafen */ /* Ende der Funktion main */ L: - 7 von 10 -

8 /* Funktion init */ /* Ende der Funktion init */ /* Funktion wait() */ /* Ende der Funktion wait() */ I: - 8 von 10 -

9 Aufgabe 3: (18 Punkte) Die folgenden Beschreibungen sollen kurz und prägnant erfolgen (Stichworte, kurze Sätze) a) Eine wesentliche Aufgabe von Betriebssystemen ist die Verwaltung von Betriebsmitteln. Geben Sie eine Klassifizierung von Betriebsmitteln an und nennen Sie jeweils ein typisches Beispiel. b) Beschreiben Sie die Unterschiede bei der Ausführung eines Programms auf einem Mikrokontroller ohne Betriebssystem und auf einem Betriebssystem wie z. B. Linux. - 9 von 10 -

10 c) Beschreiben Sie den Unterschied zwischen Pegel- und Flanken-gesteuerten Interrupts. d) Was passiert, wenn während der Bearbeitung eines Interrupts weitere Interrupts der gleichen Quelle eintreffen? - 10 von 10 -